自動扶梯的能耗影響因素分析及節能控制策略

馬 英佛山市軌道交通發展有限公司，廣東佛山 528000

自動扶梯的能耗影響因素分析及節能控制策略

馬 英
佛山市軌道交通發展有限公司，廣東佛山 528000

隨著我國經濟的發展，機械化水平和自動化水平的提升，耗能的設備越來越多，其中本文研究的自動扶梯，就是耗能高的一種設備。我國正在走節能減排的可持續發展道路，加大力度進行新能源的開發和利用，更加注重節能降耗的問題。本文分析了自動扶梯工作中高能耗的影響因素，針對性地提出了對于自動扶梯的節能控制策略。

自動扶梯；能耗；節能控制

1 自動扶梯的節能需求

在大型超市、百貨商場、會展中心、火車站、地鐵等公共場所，隨處可見自動扶梯的應用，自動扶梯已經成為建筑物內方便人們行走的不可缺少的傳輸設備。自動扶梯雖然給人們帶來了極大的方便，但它在運行時耗電量特別大。研究調查表明，目前，我國自動扶梯的用量已經超過了6萬臺，并且每年正在以10%的速度不斷地增長。其中，非節能扶梯占95%以上。按1臺扶梯的功率為5.5kW、每天運行12h計算，每年每臺扶梯將耗電24 090kW·h。全國每年僅扶梯一項就會消耗電能約1.3×109kW·h，且每臺扶梯分別會有10%～40%不等的間斷性空載現象，這就意味著全國每年將有2×108～5×108的電能浪費在扶梯上［1］。

2 自動扶梯的能效測量

2.1 測量目標的選擇

在公共交通場所，對于自動扶梯提出了兩點要求，這是自動扶梯必須符合的。一是公共自動扶梯必須是用公共交通的公共場合；二是公共自動扶梯必須運行穩定，每天工作時間不少于20h，且每3h至少有30min在100%載荷下工作。這里我們選擇滿足以上要求的自動扶梯進行研究，并選擇普遍使用的自動扶梯規格：提升高度5m（±0.5m），額定速度是0.5m/s。

2.2 測量工具

3169-20鉗形功率計是一種測量電壓、電流、有功功率、功率因數和諧波畸變率的有效工具，它不僅測量精確，而且經濟實惠。唯一不足的是，它操作比較復雜，但是熟練掌握操作步驟和規范后，此儀器還是比較適用的。

2.3 測試點的確定

本文選取了3個測試點進行實驗測量，見圖1。分別是：

1）測量點1：扶梯電機、扶梯照明、排水裝置及加熱裝置等用電設備總能耗。

2）測量點2：自動扶梯驅動回路的能耗。

3）測量點3：其他用電設備的總能耗。

2.4 自動扶梯工作狀態

測量功耗時，選擇了幾種扶梯的工作狀態。

2.4.1 空載時升降有功功率檢測

自動扶梯的工作效率是我們最關心的一個指標，扶梯的空載功耗大就會嚴重影響其工作效率，我們通過測量扶梯空載時的功耗，進而得知其性能。

2.4.2 載客時有功功率檢測

載客的多少會影響自動扶梯的運行功耗，根據不同載客人數，我們測量相應的功耗，進而得知載客數和功耗的關系。

3 自動扶梯能耗的影響因素分析

3.1 減速器和傳動裝置因素

為了說明減速器和傳動裝置對自動扶梯的功耗有影響，我們做了一個實驗，實驗選取了兩臺寬度為1m，速度均為0.5m/s自動扶梯為樣本，在載客數量相同的情況下，分別測量它們的功耗。將自動扶梯升高到5m左右，1號自動扶梯的功耗為1.65kW，2號自動扶梯的功耗為4.78kW。這兩種自動扶梯的區別在于，使用了不同的減速器和傳動裝置，所以我們得出，減速器和傳動裝置的選擇對自動扶梯的功耗有很大的影響。一般認為，三角皮帶一級減速+二級斜齒輪減速組合來設計自動扶梯功耗比較低。

3.2 維保質量的影響

我們選擇兩臺同一廠家的型號規格一樣的自動扶梯作為樣本，分別對其空載時的功耗進行測量，唯一不同的是，運行時間相同而維修保養的程度不一樣，1號扶

梯的維保質量較高。1號自動扶梯的空載功耗為1.45kW；2號扶梯的功耗為3.08kW，這一數據充分說明了我們先前的假設，在其它條件相同的前提下，維修保養工作做的越到位，運行功耗越低。為了進一步佐證這一結論，我們選取相同型號的自動扶梯，測量它空載時的功耗。3號扶梯的空載功耗是2.5kW；4號扶梯的運行功耗為3.5kW，根據我們之前的結論推理，這一測量說明了4號扶梯的維修保養工作比3號質量差。經過與設備管理人員確認，果然4號扶梯近期還沒有進行保養，而3號已經保養過。所以我們的結論是正確的，自動扶梯的日常保養和定期維修是非常重要的，是保證自動扶梯正常穩定工作和人員安全的前提。

3.3 待機功率的影響

自動扶梯有兩種降低功耗的設計，一種是自動停止運行，也就是扶梯無乘客使用時，驅動回路斷開，不需要耗電，只需點亮指示燈提醒乘客，當乘客按照指示進入扶梯，扶梯啟動進入正常運行模式；另一種是當扶梯上沒有載客時，扶梯將進入半休眠狀態，低速運行，功耗也就隨即降低，當有人進入扶梯時，扶梯就會恢復常規運行。在沒有載客的情況下，自動停止運行模式驅動回路不耗電，較自動低速運行的模式節省電能。設計合理的空載速度，待機狀態會大大降低功耗，提高工作效率。

3.4 自動扶梯的節能控制

自動扶梯是為了搭載乘客的，沒有乘客的時候，扶梯最理想的狀態是不運行。針對扶梯運行模式這一課題，我們制定了多種方案，以使自動扶梯真正實現節能的目的。

3.4.1 無人停梯模式

無人停梯模式是在扶梯上無乘客的情況下扶梯切斷驅動回路的供電或通過變頻器使電梯處于0速運行，較之通過變頻器0速運行，很明顯直接切斷驅動回路的供電更節省電能。無人停梯模式在有無變頻器的情況下都可實現，但無變頻器的情況下當乘客進入扶梯時扶梯啟動加速度較大，且自動停梯模式下扶梯處于運行的狀態僅有指示裝置提示，所以，要結合扶梯運行安全綜合考慮使用。

3.4.2 無人低速運行模式

無人低速運行需要通過變頻器的調節，在空載時調整至設定好的低速模式運行，此種方式同樣可以降低空載運行能耗，較之無人停梯模式耗電量有所提高，但扶梯有明顯的運行方向，不致誤導乘客。

3.4.3 負載率調速模式

通過負載率調節扶梯速度的模式須由變頻器控制電機，且控制回路可以采集扶梯的負載情況。在該模式下運行，控制回路通過采集到的扶梯負載率確定變頻器的輸出頻率，由變頻器調節電機的運行速度，以達到低負載的情況下扶梯的節能運行。

3.4.4 旁路變頻模式

旁路變頻模式即每當扶梯處額定速度運行時，都是工頻電源在供電，頻率為50Hz。當扶梯上沒有乘客時，切換至換變頻器工作，控制扶梯的速度降低，當扶梯有人乘坐時，變頻器工作，使扶梯速度逐漸上升到平穩運行速度，即刻切換工頻電源。這樣的工作模式可以使得工頻電源在一定時間內直接給扶梯供電，做到了能源的有效利用。在扶梯向下運行、載荷達到一定程度時，電機處于發電狀態，使用這種模式系統可以將電能直接反饋至電網，供其它設備使用，做到能源綠色循環。

4 結論

綜上所述，我們做了大量實驗來找出影響自動扶梯耗能高的因素，其中，減速器和傳動裝置、維保質量等因素是影響耗能的主要因素。針對這些因素可以提出幾種節能方案，幾種節能方案是在不同運行狀態下的節能模式，可根據實際情況組合使用，其中最有效控制能耗的方案是無人時停止運行，有載時按負載率調速，速度調至額定速度時采用旁路變頻運行模式，我們利用這一方案可以有效實現能源的節約。

［1］李淼.自動扶梯的能耗影響因素及節能對策［J］.科技與創新，2014（24）：96.

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1674-6708（2016）168-0163-01

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